由于柔性悬臂梁在实际工程中具有独特的优势,现在已逐渐成为微电子系统(MEMS)、航天航空、建筑工程和桥梁等各个领域重要的一部分。针对柔性悬臂梁在实际工况下出现结构的失效,结构复杂化以及参数不确定性的情况下,本文提出了一种将结构的各个设计参数在临界值的显著性应用到结构优化设计中的新方法,从而使柔性悬臂梁达到轻量化效果,降低了材料损耗和生产成本,也提升了其承载性能,起到了预防屈曲失效的效果,为今后的工程设计中提供了理论基础,以薄壁柔性悬臂梁作为研究对象开展以下工作:(1)针对薄壁柔性悬臂梁本身的屈曲失效问题,首先,用有限元软件ANSYS Workbench对闭口矩形薄壁柔性悬臂梁进行线性屈曲分析,结合弧长法再对其进行非线性屈曲分析,两者之间的误差很小;其次,对柔性悬臂梁类型进行对比分析,为悬臂梁选材方面提供了依据;最后,对闭口矩形薄壁柔性悬臂梁和圆形薄壁柔性悬臂梁进行屈曲失效分析,找出屈曲失效的影响因素,分析屈曲失效原因,为预防屈曲失效奠定了基础。(2)针对薄壁柔性悬臂梁在工程机械中受到的屈曲问题,以闭口矩形薄壁柔性悬臂梁为例。在施加载荷下对其进行受力分析,得出了临界值的理论推导计算公式。然后用有限元ANSYS Workbench软件对其进行线性屈曲分析,得出屈曲仿真临界值和理论临界值进行对比,验证了理论公式的准确性。再引入正交试验设计,用悬臂梁各个设计尺寸参数作为可控因子对其进行正交试验设计,结合直观分析和权重分析,定量分析各个设计参数对临界值的影响权重值,最后进行了显著性检验。实验表明:尺寸参数对临界值影响变化权重值不一,有显著因子和非显著因子,为尺寸参数优化设计提供了理论基础。(3)针对闭口矩形薄壁柔性悬臂梁结构设计问题,以闭口矩形薄壁柔性悬臂梁在实际支撑座工况下为例。首先,对支撑座进行了静力学分析和动力学分析,得知闭口矩形薄壁柔性悬臂梁在支撑座下的最大应力和位移变形量,在满足屈服极限和最大位移变形量下对支撑座进行拓扑优化。结果表明:在最大应力、位移变形量满足情况下,质量相对减少了,但临界力降低了,没有达到预防屈曲失效的结果。则进一步通过对闭口矩形薄壁柔性悬臂梁进行了尺寸优化设计,结果表明:在满足最大应力和最大位移变形量情况下,质量减少了,临界值也增大了,达到了预防屈曲失效和结构优化设计的效果,也提出了相应的预防屈曲失效措施。